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MUSIC算法在高速并行处理机上的实现.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《MUSIC算法在高速并行处理机上的实现pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含第卷第期年月电子科技大学学报JumalOfUESTof(、hinaVlNo.Dec.MUSIC算法在高速并行处理机上的实现郑洪肖先赐(电子科技大学电符等。

第卷第期年月电子科技大学学报JumalOfUESTof(、hinaVlNo.Dec.MUSIC算法在高速并行处理机上的实现郑洪肖先赐(电子科技大学电子工程学院成都)【摘要】利用FPGA的特点提出了一种实现MusIc算法的新的高速并行硬件解决方案.给出了对MusIc算法进行预处理的结果为硬件实现加速提供可能导出了MusIc算法适合于FPGA实现的并行分解方法介绍了用FPGA来实现谱峰搜索的新方法.结果表明谊设计方法处理速度理想能够满足实时性要求.关键词MusIc并行处理现场可鳊程行阵列谱峰搜索中图分类号TNl十文献标识码AImplementationofMUSICAlgorithmBasedonHighSpeedParaUelPrOcessorZ既NGHongX队OXianci(sch删ofEec口llicEngiIl咖UEsTof曲抽ach口Igdul)AbstractAncwsch锄eof血ep啪llelreali删onofMusIcalg蛐nh诎speeds咖alprocessorisfocusedinthisp印er.someresul拄£rome行酏tivcprcprocessingme也ds西Vin血isp印erbcnentreducingconlpu协tiaIcomplem母柚dimpfovingpfocessspced.Atl船‘somenewparallel柚aIySismetllodsareprovidedfor也erealmionofMUSIcalgorithmiFP(认in也isp印crnispmVcdthattllemelllodisgoodatspeedadc锄be印pliedtoreaItimepracdce.KeywordsMUSICparallelprocessiIlgfieldpm酽蛆mablegateamtypealcsearch信号源的测向(包括仰角和方位角)是民用通信和军事侦察领域等常面对的问题。在所有利用空间谱估计技术来实现对到达方向oA)估计的方法中。文献【】提出的MuSIC算法最为经典在对非相干信号源分辨测向方面具有高精度和高分辨率特性。但在阵列测向的具体应用中所面临的最主要的问题是:其所需要的大计算量使得该算法很难达到实时实现。本文提出了用FPGA来对MUsIC算法并行实现的新方案。本方案对MUSIC算法的求相关谱峰搜索和求相关矩阵的特征值这三大部分结合硬件分别做了并行分解。利用FPGA的并行特征及高速进一步提高了MusIC算法实现的速度从而更好地满足电子侦察中的实时性要求。lMusIc算法设空间D个互不相关的信号从不同的方位角B岛%入射到一个^元均匀圆阵以水平正东方向为方位O。方向各阵元噪声珥O)互不相关且为空间白噪声方差为口噪声与信号互不相关。在这些假定下该阵列的方向矩阵为:爿=口娼)口)口(岛)】T()收稿日期:一作者简介:郑洪(”一)女硕士生主要从事胨列信号处理领域方面的研究万方数据电子科技大学学报第卷式中T为转置运算口(口)为一个搬维的方向向量。。(扫'=ej‘£c《目)eJ”}《p一)ej}《。{)ejz}《口一莩)ejjco哦F一^)ej砖《口一孚)eJ。}《口一詈)ejj《口一孚’()阵列输出矢量xO)的相关矩阵为j‰=研x(r)x“(明对毋进行特征分解后将其特征值按降序排列并相应地调整特征向量后有:五l>>A>>>>五D>五Dl=AD==五相应的最小特征值所对应的特征向量为列构造一个胁(膨.D)维的矩阵为:E。=%。%一%】构造空间谱函数并进行谱峰搜索:PⅦ汐卜佤赢而‰(的D个最大值所对应的p值就是D个信号源的方位角。硬件方案的考虑()()()求解协方差矩阵的算法是一种规则的计算方法适合于用FPGA来实现。相关矩阵的特征分解含有大量不规则的运算数据动态范围大用DSP来实现。谱峰搜索数据动态范围小以乘法计算为主故可用FPGA实现。求相关矩阵和相关矩阵的特征分解的并行化分解.求相关矩阵估计协方差矩阵是矩阵乘法计算经过预处理后协方差矩阵置是一个实对称矩阵只需计算上三角部分对于元天线阵只需计算个矩阵元素的值。对于每一个待求元素丘G力来说计算量是相同的可将要计算的元素平均分配给各处理器并行处理。对于八阵元测向系统采用个处理器来并行处理每个处理器计算个协方差元素的值。用FPGA来实现相关矩阵的硬件框图如图所示。从图中得知经过仿真后得到正确结果且~次协方差矩阵的估计的时间小于.us。各阵兀接收机的输出擎谬存储器图t求相关矩阵的硬件框图.相关矩阵求特征值的并行化Ⅲ采用雅可比(Jacobi)方法对其并行化的方法参见文献】。这部分沿用参考文献】的设计方法。谱峰搜索.谱峰搜索的预处理方法文献中提出了一种针对线阵的预处理方法本设计对元均匀圆阵进行了新的推导。通过这种运算量不多的预处理方法。将复数方向向量变为实数向量耗用的乘法量约减少%。预处理后的方向向量为:万方数据第期郑洪等:MUsIc算速查壹鎏羞堑丝堡垫圭盟i垫nc砬=c。s(z“三coscBcos(zz云cos(B一言))s协(z“和砂nkcos(B一劫式中&为第置个信号的方位角肘为均匀圆阵的阵元数。尤其对于兀阵其万同同量为:(=“(口:(劝式中一口I(口)=【c。s(“专c。s(口))c。s(n专cosp一))cos(”专c。sp一”cos(“专c。s婶一》I啦=fs螂丌孟co)s雌“孟cosp一))IS雌n孟co咿一》s螂靠孟cos够一等))fll霹n旧I群q酵如(畦()IIE:口(口Ⅱ)I|i爿I占口。(D一冒口:(口)IE()因此‰)在。~。内的值可以由其。~。的值映射得到。.谱峰搜索的并行化分解将方向向量表示成下式:咄胁力cos“专cos(圳cos(c孟cos(触cos‘“扣”‘“j。掣’()s姒”盖cos(a”sin(n主co《励s““专m《妫s缸“孟。(肭J式中a=芦=一三y=口一三=口一荨。当口处于不同搜索范围时%夙以r的取值范围如表所示。由表得知()。()()范围的方向向量可由(o)范围的方向向量导出a故只需存储fO)范围所对应的方向向量值每查一次表即可在个范围并行搜索大大降低了运算量。表不同搜索范围时m芦的取值.谱峰搜索的硬件实现方案谱峰搜索实现结构如图所示。.结果经验证该设计可行。谱峰搜索的时序仿真结果如图所示。搜索方向为。和。的来波。从图中可看出其输出与MA=ⅡAB上的仿真结果是一致的并且可以看出完成一次谱峰搜索的时间小于嶂。比较文献中的阵列侦察测向高速信号处理机是采用I公司的TMsC型号DsP芯片从表对本文提出的FPGA的新方案与文献】提出的方案在搜索耗时方面进行的对比可看出新方案可以有效地提高MusIc算法测向的速度。剜新仔生:”弋烈小执呀d巾万方数据电子科技大学学报第卷图谱峰搜索实现结构图图谱峰搜索仿真结果图表两种方案的速度对比结束语本文提出了MusIc算法的一种FPGA的硬件实现方案。经过并行设计、仿真验证与硬件实现证明该设计方法行之有效处理速度理想可以满足实时要求具有较强的实用价值。参考文献】陈昊.Muslc算法的硬件实现:【硕士论文】时.成都:电子科技大学【】刘浩特定并行处理机上MusIc算法的并行实现田.系统工程与电子技术():【】昊仁彪.一种通用的高分辨率波达方向估计预处理新方法明.电子科学学刊():编辑刘文珍万方数据MUSIC算法在高速并行处理机上的实现作者:郑洪肖先赐ZHENGHongXIAOXianci作者单位:电子科技大学电子工程学院,成都,刊名:电子科技大学学报英文刊名:JOURNALOFUNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA年卷(期):()被引用次数:次参考文献(条)陈昊MUSIC算法的硬件实现学位论文刘浩特定并行处理机上MUSIC算法的并行实现期刊论文系统工程与电子技术()吴仁彪一种通用的高分辨率波达方向估计预处理新方法()相似文献(条)期刊论文郭元曦桑恩方王继胜GUOYuanXiSANGEnFangWANGJiShengMUSIC算法在分布式并行处理机上的实现研究电子技术应用,()介绍了一种基于分布式并行处理平台的并行MUSIC实现方法在实现过程中,针对MUSIC算法运算量大难以实时实现的特点,采取了有效减少计算量的措施并根据MUSIC算法各个子任务的不平衡性,提出了一种基于软件流水的并行任务划分方法经仿真试验证明,经过上述并行处理后可有效加快算法的完成时间,在工程实践中具有广泛的实际意义期刊论文卞立军BIANLijun空间谱估计测向系统设计电子设计工程,()空间谱估计测向是一种以多元天线阵结合现代数字信号处理为基础的新型测向技术针对空间谱估计中的典型算法MUSIC算法,在研究超分辨测向系统的构成、工作原理和硬件实现方案的基础上,提出了一种实现MUSIC算法的并行处理方案学位论文郑洪MUSIC算法在高速处理器上的快速实现该文将提出一种新颖的片上系统设计,采用FPGA芯片来实现MUSIC算法谱峰搜索环节的工程应用其中,并行化的设计理念是该设计的最大特点该文的主要贡献为:提出一种基于元圆阵的修正预处理方案通过这种运算量较少的预处理方法,将算法的处理由复数域转换到了实数域,有效降低系统实现的复杂度提出了基于元圆阵的谱峰搜索并行分解方法,极大提高系统硬件的处理速度针对成本和速度的不同要求,特别给出八路并行、四路并行和串行三种情况的硬件解决方案具体实现时,采用了Altera公司APEXKE系列不同规格的芯片,利用VHDL语言和QuartusII开发软件平台,对三种方案进行设计、综合和时序仿真其中,最快的八路并行方案完成一次谱峰搜索的时间成功控制在us以内,做到了实时实现通过与已有的阵列信号处理机(基于并行处理的四片DSP构架)的性能对比分析发现,新设计的四路并行方案的系统处理速度可以有效提高倍,而八路并行方案更达到了近倍的性能增幅期刊论文李钒冯西安阎振华LiFanFengXi'anYanZhenhua基于DSP的多目标方位估计并行处理软件的设计计算机测量与控制,()在水下目标检测和跟踪系统中,多目标方位估计算法起着重要的作用,MUSIC算法是最具代表性的方法为了满足目标方位估计对高速实时并行处理技术的要求,针对水下阵列信号处理的实际应用,采用有效的并行算法和并行结构来减少运算量,设计并研制了一种基于片ADSPTSS的多处理器并行实时处理系统经过对算法的运算时间和方位估计的性能进行分析,表明该系统提高了处理效率,解决了阵列信号处理中大运算量的高速实时处理的问题,具有良好的方位估计性能和实时处理能力,满足工程实际需求期刊论文徐家雄钟洪声肖先赐XUJiaxiongZHONGHongshengXIAOXianci二维多源测向的实时处理算法及实现电子信息对抗技术,()研究用二维MUSIC算法,解决阵列处理二维多源测向的快速实现问题利用阵列流形具有的对称性,减少阵列流形和空间谱的计算量在判定出信号源个数后,有选择地使用信号子空间或噪声子空间去计算空间谱,进一步减少计算量采用片ADI公司的高性能DSP芯片(ADSP),用并行处理方法实现了二维多源测向的实时处理期刊论文阎振华黄建国张群飞张永峰YANZhenhuaHUANGJianguoZHANGQunfeiZHANGYongfeng波束域MUSIC算法的多处理器实时处理计算机工程与应用,()波束域MUSIC(BMUSIC)算法在波束域高分辨目标方位估计(DOA)算法中是最具有代表性的方法,在水下目标探测与跟踪系统中起着重要的作用ADSP是ADI公司开发的一款高性能的利于并行处理的高速DSP在所设计研发的由片ADSP构成的多处理器并行信号处理系统平台上,采用有效的系统结构和数据处理方法来减少运算量,提高并行处理效率,使波束域高分辨DOA算法能够实现实时处理,满足工程技术要求期刊论文刘皓魏平肖先赐特定并行处理机上MUSIC算法的并行实现系统工程与电子技术,()用自行研制的一台使用片TMSC且利用共享内存作为主要通讯手段的数字信号高速并行处理机实现了MUSIC算法的高速并行计算。实验证明所提出的并行算法稳定、有效MUSIC算法的并行计算取得了较好的结果。学位论文陈昊空间谱估计算法的高速实现该文主要研究了MUSIC算法在一个八阵元的均匀圆阵阵列测向系统上的高速实现的问题:研究了一种针对八阵元均匀圆阵测向系统的预处理方法,该MUSIC算法的计算从复数域转换到实数域上,从而有效的减少了计算量,该预处理方法对任意的偶数阵元的对称阵列都适用通过对MUSIC算法的各个步骤的分析,分别给出各步骤的并行化处理方案研究实现MUSIC算法的DPSFPGA、浮点运算与定点运算混合的硬件设计方案提出求解协方差矩阵的两种方案:串行处理方案和并行处理方案在HP工作站上用SPHDS进行系统建模和行为级仿真在微机上用VHDL语言进行RIL级描述、时序仿真和逻辑综合并对两种方案的性能作出比较研究了用FPGA实现将协方差矩阵处理器得出的位定点数转换为符合IEEE标准的单精度浮点数格式的问题,得出了实用的方法,并给出了时序仿真和逻辑综合的结果阵列测向在移动通信、电子对抗、信号识别等领域的应用对实时性要求越来越高,处理速度难以满足实际应用的需要成为了制约MUSIC算法应用的一个主要的瓶颈该文在如何针对测向系统的特点来减少MUSIC算法计算量,以及采取多种措施来进行高速实现等方面,作了一些探索,得出了一些有益的结果期刊论文石林艳王宏SHIlinyanWANGHong一种新的二维DOA估计的配对算法中国电子科学研究院学报,()ESPRIT的改进算法PROESPRIT和TLSPROESPRIT是一种一维的参量估计方法要想估计二维DOA(方向角和俯仰角),并实现配对,首先要建立有效的平面阵列,然后利用相应算法进行辐射源的估计和配对利用广义交叉阵列和PROESPRIT、TLSPROESPRIT算法,提出了一种新的对沿X轴和Y轴分别估计的多辐射源的二维DOA的方向余弦的配对方法该方法与利用MUSIC对沿X轴和Y轴分别估计的多辐射源的二维DOA的方向余弦进行配对的方法相比,大大减少了运算量仿真结果显示利用PROESPRIT和TLSPROESPRIT方法配对,可以部分进行并行处理,不必进行谱峰搜索,大大节约了运算时间,对实际的工程实时处理很有帮助期刊论文刘晶栾晓明陆娜简容坤LIUJingLUANXiaomingLUNaJIANRongkun基于多DSP并行结构实现MUSIC算法的设计自动化技术与应用,()MUSIC算法是DOA估计领域最重要且比较成熟的算法之一,其硬件系统的实现是近年来的研究热点采用MUSIC算法对来波信号进行DOA估计对系统的实时性,计算的速率和精确度都有很高的要求MUSIC算法的运算量大且主要集中在求协方差矩阵、矩阵的特征值分解和谱峰搜索三部分,文中提出了几种简化运算的方法降低了计算量,并且采用了基于片TMSC芯片构成的多处理器并行结构以及相应的任务分配方法提高了运算效率,增大了系统的加速比本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaldzkjdxxbaspx授权使用:青岛理工大学(qdlgdx)授权号:febbabfbeabeb下载时间:年月日

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